Genom att väva lite kvanttroll, A*STAR -forskare har uppnått något som verkar vara en motsägelse i termer - att använda synligt ljus för att utföra spektroskopi vid infraröda våglängder. Ännu mer mystiskt är att det synliga ljuset inte ens passerar genom provet som mäts.

Infraröd spektroskopi används ofta av kemister för att identifiera kemikalier från deras unika "fingeravtryck" i det infraröda området. Dock, infraröda ljuskällor, element och detektorer tenderar att ha sämre prestanda och vara dyrare än motsvarigheterna för synligt ljus.

Nu, Dmitry Kalashnikov vid A*STAR Data Storage Institute och hans medarbetare har hittat ett sätt att övervinna detta problem och inse det bästa av två världar-genom att använda synligt ljus för att utföra mätningar i det infraröda området.

De uppnådde detta genom att utnyttja en kvanteffekt som kallas förträngning. I detta fenomen, två kvantpartiklar (i detta fall, ljuspartiklar som kallas fotoner) är så intimt anslutna att förändring av kvanttillståndet för en partikel samtidigt förändrar tillståndet för den andra partikeln, även när de två partiklarna separeras i rymden. Detta är den "skrämmande åtgärden på avstånd" som Einstein berömt motsatte sig.

Kalashnikov och hans team använde en speciell kristall för att skapa ett par intrasslade fotoner, en synlig och en infraröd (se bild). Den infraröda foton passerade genom ett prov, medan den optiska inte gjorde det. De två fotonerna korsade sedan vid en andra kristall och den synliga fotonen detekterades. Eftersom alla förändringar som provet inducerade i den infraröda fotonen reflekterades i den synliga fotonen, laget kunde utläsa information om provets infraröda egenskaper genom att endast mäta den synliga fotonen.

Forskarna demonstrerade potentialen i denna teknik genom att använda den för att mäta förekomst och koncentration av koldioxid i luftprover.

"Vi är övertygade om att denna metod kommer att hitta en mängd olika praktiska tillämpningar, till exempel inom miljöövervakning och hälsodiagnostik, säger Kalashnikov.

"Den här studien visar att kvanteoptiken flyttar ut ur området för grundläggande vetenskap, "tillägger han." Vi ser en ökning av praktiska tillämpningar inom olika områden, inklusive kryptografi, metrologi, avbildning och avkänning. Vårt arbete är ett annat exempel på denna trend. "

Teamet tänker förlänga tekniken till längre våglängder i terahertz- och fjärranfraröda områden. De överväger också att integrera systemet på en enda plattform, vilket skulle göra det enklare att genomföra.